EP0222660A1 - Procédé pour renforcer un élément cylindrique aux efforts de torsion et élément cylindrique s'y rapportant - Google Patents
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- EP0222660A1 EP0222660A1 EP86402426A EP86402426A EP0222660A1 EP 0222660 A1 EP0222660 A1 EP 0222660A1 EP 86402426 A EP86402426 A EP 86402426A EP 86402426 A EP86402426 A EP 86402426A EP 0222660 A1 EP0222660 A1 EP 0222660A1
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- windings
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
- F16C3/02—Shafts; Axles
- F16C3/026—Shafts made of fibre reinforced resin
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
- B29C53/58—Winding and joining, e.g. winding spirally helically
- B29C53/581—Winding and joining, e.g. winding spirally helically using sheets or strips consisting principally of plastics material
- B29C53/582—Winding and joining, e.g. winding spirally helically using sheets or strips consisting principally of plastics material comprising reinforcements, e.g. wires, threads
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- B29C53/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C53/8008—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations specially adapted for winding and joining
- B29C53/8016—Storing, feeding or applying winding materials, e.g. reels, thread guides, tensioners
Definitions
- the present invention relates to a method for reinforcing a cylindrical element intended to support a torque such as a drive shaft.
- the invention also relates to the cylindrical element having a reinforced resistance to torsion, which can be manufactured according to the aforementioned method.
- the transmission shafts comprise a solid or hollow cylindrical element such as a metal tube generally made of steel, which is subjected, when it is in service, to a torsional torque generating shearing forces in this cylindrical element.
- this one undergoes a more or less important angle of torsion.
- the drive shaft In order for the drive shaft to withstand shear forces, while having a limited torsional angle under the effect of the maximum torque likely to be exerted on the cylindrical element, it must have a sufficient thickness and diameter . Consequently, when this cylindrical element is coupled to a motor having a large maximum torque, it is relatively heavy and bulky.
- the object of the invention is precisely to achieve this objective, by providing a method for reinforcing a cylindrical element such as a transmission shaft intended to support a torque, while limiting its diameter and / or its weight as well as the angle of twist.
- this process is characterized in that a composite section of small section is wound helically and under predetermined tension around this cylindrical element, forming a first helical winding all around the cylindrical element and in a determined direction. , then a second winding of opposite direction is carried out so that this second winding crosses symmetrically with the first winding, then the direction of the winding is again reversed to obtain a third winding of the same direction and parallel with the first winding, And so on.
- the operation is continued until the entire surface of the cylindrical element is covered by a whole number of windings in a direction equal to the number of windings in the opposite direction, the tension exerted on the profile being such that a winding produced in one direction exerts on the cylindrical element a low torque equal to and in the opposite direction to that exerted by the winding produced in the other direction, the sum of these couples being at least equal to the maximum torque capable of s' exercise on the cylindrical element so that the windings opposite the torque are never in compression and that the admissible stress in the profile is not exceeded.
- the torsional torque exerted by the profile windings made in one direction therefore balances that exerted by the profile windings made in the other direction, and the cylindrical support element is subjected to zero torsion.
- the angle according to which the profile is wound on the cylindrical element is reversed each time one passes from a winding in one direction to a winding in an opposite direction so that the windings in one direction cross symmetrically with respect to a generatrix of the cylindrical element with the windings in an opposite direction.
- each winding exerts on the cylindrical element a circumferential stress and a longitudinal stress which increases with each winding.
- the torsional constraint due to winding is constant and becomes zero when the winding stops due to the balance between the opposite windings in equal numbers. The result of these constraints results in circumferential compression and axial compression which do not cause any torsion in the cylindrical element.
- the angle at which the profile is wrapped around the cylindrical element is more or less 45 ° relative to the axis of the tube.
- This angle is optimal when the cylindrical element must withstand only torsional forces. This angle can however be smaller or stronger than 45 ° in the case where the tube must also face bending forces or an internal pressure in addition to the torsional forces.
- the cylindrical element such as a drive shaft intended to support a torsional torque produced according to the method of the invention is reinforced by windings of a profile formed by continuous fibers embedded in a resin, these fibers extending in the direction of the profile.
- This composite fiber-resin profile is for example manufactured according to the method described in French patent n ° 2516441.
- Such a profile is remarkable both for its great flexibility, its low specific mass and for its high resistance to rupture and its high modulus of elasticity, so that it is particularly indicated for the present application.
- FIG. 1 illustrates the method according to the invention for reinforcing a cylindrical element 1, for example tubular and made of metal, intended to support a torque.
- This cylindrical element 1 may for example be a drive shaft for a motor vehicle.
- a profile 2 is helically wound under predetermined tension around this cylindrical element 1 by forming a first helical winding 2a all around the cylindrical element and in a determined direction F1, then a second winding 2b of direction is carried out opposite F2 so that this second winding crosses with the first winding; the direction of the winding is then reversed to obtain a 2c winding joined with the first winding 2a or separated from the winding 2a by an interval equal to an integer number of sections, after which the direction of the winding is again reversed to obtain a winding 2d joined with the second winding 2b or separated from the winding 2b by an interval equal to an integer number of profiles.
- the operation is thus continued until covering the entire surface of the cylindrical element with a number of windings in a direction F1 equal to the number of windings in the opposite direction F2.
- the cylindrical element 1 is rotated about its axis XX 'and the profile 2 is moved laterally by means of known means, parallel to the axis of the cylindrical element 1 (see arrow F in figure 1).
- the tension exerted on the profile 2 is such that the windings 2a, 2c produced in the direction of the arrows F1 exert on the cylindrical element 1 a torque equal to and of opposite direction to that exerted by the windings 2b, 2d which are produced in the other direction F2, and it is calculated so that the sum of these couples is at least equal to the maximum torque likely to be exerted on the cylindrical element 1.
- cylindrical element 1 should resist the circumferential and longitudinal compressive stresses induced by the tensioned windings of the profile 2, without exceeding its admissible stress.
- this profile 2 must be less than its maximum admissible stress, so that this profile 2 can accept the additional tension stress generated during the application of the maximum torque on the cylindrical element 1 without exceeding this allowable stress.
- the angle a by which the profile 2 is wound around the cylindrical element 1 is more or less 45 °, an angle which is considered to be optimal in the context of the application considered by the present invention.
- the windings of the profile are fixed at least to the ends of the cylindrical element 1.
- This fixing can be carried out by mechanical tightening, welding or gluing depending on the nature of the material constituting the profile 2.
- This profile 2 is preferably made from continuous fibers such as and not limited to glass, carbon, aramid fibers, embedded in a thermoplastic resin such as a polyamide resin. This profile 2 is preferably obtained according to the method described in French patent n ° 2516441.
- thermoplastic welding that is to say by heating the composite profile during its winding on the cylindrical element 1 at a temperature sufficient to obtain the surface fusion of the surface of the profile intended to be applied on the cylindrical element 1, itself coated beforehand with the same thermoplastic resin .
- the successive windings of profile 2 were made with an angle a equal to plus 45 ° for layers 2 'for example of odd number (shown in dotted lines in FIG. 2) and equal to minus 45 ° for layers 2 of even number (shown in solid lines in the figure).
- the thickness of the windings is calculated so as to resist the torque M t with a stress equal to S.
- a stress equal to S.
- an additional stress equal to T / 2 and a reduction in stress equal to T / 2 in the 2 'sections.
- the cylindrical element thus reinforced according to the invention therefore behaves in a completely different way from a conventional shaft made of metal or composite materials since the applied torque is absorbed by a differential tensile force in the composite windings and longitudinal and circumferential compression in the cylindrical support element with a reduced torsional stress due to a torsion angle of half and a high value of the tensile modulus of the composite, compared to that of the torsional modulus of the cylindrical element.
- the invention makes it possible, for a given maximum torque, to reduce the diameter and above all the weight of a drive shaft, as shown in the digital example below.
- the same torque of 400 mN can be transmitted by a steel tube of identical resistance, with an outside diameter equal to 27 mm and an inside diameter equal to 25 mm, ie a thickness of 1 mm covered by a winding of thickness equal to 1.5 mm produced by means of a profile made of Kevlar fibers embedded in a polyamide resin, tube and winding weighing a total of 830 g / m in length.
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Abstract
Le procédé permet de renforcer un élément cylindrique (1) destiné à supporter un couple de torsion.
On enroule hélicoïdalement et sous tension autour de l'élément cylindrique (1) un profilé (2) en formant successivement des enroulements dans un sens (F₁) et dans un sens opposé (F₂). La tension exercée sur le profilé (2) est calculée pour qu'un enroulement (2a, 2c) réalisé dans le sens (F₁) exerce sur l'élément cylindrique (1) un couple de torsion égal et de sens opposé à celui exercé par l'enroulement (2b, 2d) réalisé dans l'autre sens (F₂), la somme de ces couples étant au moins égale au couple maximum susceptible de s'exercer sur l'élément cylindrique (1) de façon que les enroulements en sens opposé au couple appliqué ne soient jamais en compression et que l'élément cylindrique soit en torsion nulle.
Utilisation notamment pour réaliser un arbre de transmission à faible angle de torsion et de poids réduit.
Description
- La présente invention concerne un procédé pour renforcer un élément cylindrique destiné à supporter un couple de torsion tel qu'un arbre de transmission.
- L'invention vise également l'élément cylindrique présentant une résistance renforcée à la torsion, pouvant être fabriqué selon le procédé précité.
- Les arbres de transmission comprennent un élément cylindrique plein ou creux tel qu'un tube métallique généralement en acier, qui est soumis, lorsqu'il est en service, à un couple de torsion engendrant des efforts de cisaillement dans cet élément cylindrique.
- Suivant les caractéristiques du matériau constituant l'élément cylindrique, et la valeur de la torsion, celui-ci subit un angle de torsion plus ou moins important.
- Pour que l'arbre de transmission résiste aux efforts de cisaillement, tout en présentant un angle de torsion limité sous l'effet du couple maximum suceptible de s'exercer sur l'élément cylindrique, celui-ci doit présenter une épaisseur et un diamètre suffisants. En conséquence, lorsque cet élément cylindrique est accouplé à un moteur présentant un couple maximum important, il est relativement lourd et encombrant.
- Par ailleurs, plus le poids des arbres de transmission est élevé, plus l'équilibre dynamique de ceux-ci doit être soigné pour éviter les vibrations, et des paliers intermédiaires peuvent être nécessaires.
- Pour ces raisons, il est souhaitable d'alléger le plus possible les arbres de transmission, sans pour autant réduire leur capacité à supporter et transmettre les couples.
- Le but de l'invention est précisément d'atteindre cet objectif, en fournissant un procédé pour renforcer un élément cylindrique tel qu'un arbre de transmission destiné à supporter un couple de torsion, tout en limitant son diamètre et/ou son poids ainsi que l'angle de torsion.
- Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que qu'on enroule hélicoïdalement et sous tension prédéterminée autour de cet élément cylindrique un profilé composite de faible section en formant un premier enroulement hélicoïdal tout autour de l'élément cylindrique et dans un sens déterminé, puis on effectue un second enroulement de sens opposé de façon que ce second enroulement se croise symétriquement avec le premier enroulement, puis on inverse à nouveau le sens de l'enroulement pour obtenir un troisième enroulement de même sens et parallèle avec le premier enroulement, et ainsi de suite. On poursuit l'opération jusqu'à recouvrir toute la surface de l'élément cylindrique par un nombre entier d'enroulements dans un sens égal au nombre d'enroulements dans le sens opposé, la tension exercée sur le profilé etant telle qu'un enroulement réalisé dans un sens exerce sur l'élément cylindrique un faible couple de torsion égal et de sens opposé à celui exercé par l'enroulement réalisé dans l'autre sens, la somme de ces couples étant au moins égale au couple maximum susceptible de s'exercer sur l'élément cylindrique de façon que les enroulements opposés au couple ne soient jamais en compression et que la contrainte admissible dans le profilé ne soit pas dépassée.
- Le couple de torsion exercé par les enroulements du profilé réalisés dans un sens, équilibre par conséquent celui exercé par les enroulements du profilé réalisés dans l'autre sens, et l'élément cylindrique support est soumis à une torsion nulle.
- Lorsqu'un couple est appliqué à l'élément cylindrique, ce couple induit dans les enroulements réalisés dans le même sens que ce couple, des contraintes de tension qui s'opposent à la torsion de l'élément cylindrique et dans les enroulements réalisés en sens contraire il provoque une diminution de la tension, la différence des deux étant égale au couple appliqué.
- On limite ainsi l'angle de torsion de cet élément cylindrique. On peut ainsi réduire le diamètre de cet élément cylindrique ou son épaisseur dans le cas d'un élément tubulaire, de façon à l'alléger.
- Selon une version avantageuse de l'invention, on inverse l'angle suivant lequel le profilé est enroulé sur l'élément cylindrique chaque fois que l'on passe d'un enroulement dans un sens à un enroulement dans un sens opposé de façon que les enroulements dans un sens se croisent symétriquement par rapport à une génératrice de l'élément cylindrique avec les enroulements dans un sens opposé.
- De plus, du fait de la tension de pose du profilé, chaque enroulement exerce sur l'élément cylindrique une contrainte circonférentielle et une contrainte longitudinale qui augmente à chaque enroulement. Par contre, la contraite de torsion due à enroulement est constante et devient nulle à l'arrêt de l'enroulement en raison de l'équilibre entre les enroulements opposés en nombre égal. La résultante de ces contraintes se traduit par une compression circonférentielle et une compression axiale qui n'engendrent aucune torsion dans l'élément cylindrique. Ces compressions ne sont pas modifiées lors de l'application d'un couple inférieur au couple maximum désigné, car l'augmentation de tension dans un sens est compensée par une diminution de même valeur dans l'autre sens.
- De préférence, l'angle suivant lequel le profilé est enroulé autour de l'élément cylindrique est égal à plus ou moins 45° par rapport à l'axe du tube.
- Cet angle est optimal lorsque l'élément cylindrique doit supporter uniquement des efforts de torsion. Cet angle peut toutefois être plus faible ou plus fort que 45° dans le cas où le tube doit faire face également à des efforts de flexion ou à une pression interne en plus des efforts de torsion.
- Selon un autre aspect de l'invention, l'élément cylindrique tel qu'un arbre de transmission destiné à supporter un couple de torsion réalisé selon le procédé de l'invention est renforcé par des enroulements d'un profilé constitué par des fibres continues noyées dans une résine, ces fibres s'étendant dans la direction du profilé.
- Ce profilé composite fibre-résine est par exemple fabriqué selon le procédé décrit dans le brevet français n° 2516441.
- Un tel profilé est remarquable à la fois par sa grande souplesse, sa faible masse spécifique et par sa forte résistance à la rupture et son module d'élasticité élevé, de sorte qu'il est particulièrement indiqué pour la présente application.
- D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
- Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :
- - la figure 1 est une vue en plan avec arrachement d'un élément cylindrique constituant un arbre de transmission, illustrant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
- - la figure 2 est une vue développée sur le plan de la figure, de l'élément cylindrique, montrant dans sa partie gauche l'équilibre des contraintes en l'absence de couple et dans sa partie droite l'état des contraintes sous l'effet d'un couple.
- La figure 1 illustre le procédé selon l'invention pour renforcer un élément cylindrique 1, par exemple tubulaire et en métal, destiné à supporter un couple de torsion. Cet élément cylindrique 1 peut être par exemple un arbre de transmission pour véhicule automobile.
- Selon ce procédé, on enroule hélicoïdalement et sous tension prédéterminée autour de cet élément cylindrique 1 un profilé 2 en formant un premier enroulement hélicoïdal 2a tout autour de l'élément cylindrique et dans un sens F₁ déterminé, puis on effectue un second enroulement 2b de sens opposé F₂ de façon que ce second enroulement se croise avec le premier enroulement ; on inverse ensuite le sens de l'enroulement pour obtenir un enroulement 2c jointif avec le premier enroulement 2a ou séparé de l'enroulement 2a par un intervalle égal à un nombre entier de profilés, après quoi on inverse à nouveau le sens de l'enroulement pour obtenir un enroulement 2d jointif avec le second enroulement 2b ou séparé de l'enroulement 2b par un intervalle égal à un nombre entier de profilés. On poursuit ainsi l'opération jusqu'à recouvrir toute la surface de l'élément cylindrique par un nombre d'enroulements dans un sens F₁ égal au nombre d'enroulements dans le sens opposé F₂.
- Pour réaliser les enroulements précités, on fait tourner l'élément cylindrique 1 autour de son axe X-X' et on déplace latéralement le profilé 2 à l'aide de moyens en eux-mêmes connus, parallèlement à l'axe de l'élément cylindrique 1 (voir flèche F sur la figure 1).
- La tension exercée sur le profilé 2 est telle que les enroulements 2a, 2c réalisés dans le sens des flèches F₁ exercent sur l'élément cylindrique 1 un couple de torsion égal et de sens opposé à celui exercé par les enroulements 2b, 2d qui sont réalisés dans l'autre sens F₂, et elle est calculée pour que la somme de ces couples soit au moins égale au couple maximum susceptible de s'exercer sur l'élément cylindrique 1.
- Pour que cette condition soit réalisée, il faut évidemment que le nombre des enroulements ayant un sens donné tel que F₁ soit égal au nombre des enroulements ayant un sens inverse tel que F₂.
- Bien entendu, il convient que l'élément cylindrique 1 résiste aux contraintes circonférentielle et longitudinale de compression induites par les enroulements sous tension du profilé 2, sans dépasser sa contrainte admissible.
- De même, la tension exercée sur ce profilé 2 devra être inférieure à sa contrainte maximale admissible, de façon que ce profilé 2 puisse accepter la contrainte de tension supplémentaire engendrée lors de l'application du couple maximum sur l'élément cylindrique 1 sans dépasser cette contrainte admissible.
- Comme on le voit sur la figure 1, on inverse l'angle ª suivant lequel le profilé est enroulé sur l'élément cylindrique 1, chaque fois que l'on passe d'un enroulement 2a, 2c dans le sens F₁ à un enroulement 2b, 2d dans le sens opposé F₂ de façon que les enroulements des profilés dans un sens se croisent symétriquement par rapport à une génératrice de l'élément cylindrique avec les enroulements dans un sens opposé.
- Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, l'angle ª suivant lequel le profilé 2 est enroulé autour de l'élément cylindrique 1 est égal à plus ou moins 45°, angle qui est considéré comme optimal dans le cadre de l'application considérée par la présente invention.
- La nature des profilés, le nombre des couches de ces enroulements et leur épaisseur totale sont définis en fonction du couple de torsion destiné à être appliqué à l'élément cylindrique 1. Ces grandeurs peuvent être calculées aisément à partir des caractéristiques mécaniques connues du profilé, et en particulier de sa limite élastique ainsi que de celles de l'élément cylindrique.
- Bien entendu, les enroulements du profilé sont fixés au moins aux extrémités de l'élément cylindrique 1. Cette fixation peut être réalisée par serrage mécanique, soudage ou collage suivant la nature du matériau constituant le profilé 2.
- Ce profilé 2 est de préférence réalisé à partir de fibres continues telles que et non limitativement des fibres de verre, de carbone, d'aramide, noyées dans une résine thermoplastique telle qu'une résine polyamide. Ce profilé 2 est de préférence obtenu selon le procédé décrit dans le brevet français n°2516441.
- La fixation d'un tel profilé composite fibres-résine aux extrémités de l'élément cylindrique 1 ou sur la totalité de la surface de celui-ci peut être réalisée facilement par soudage thermoplastique, c'est-à-dire en chauffant le profilé composite pendant son enroulement sur l'élément cylindrique 1 à une température suffisante pour obtenir la fusion superficielle de la surface du profilé destinée à être appliquée sur l'élément cylindrique 1, lui-même enduit préalablement à chaud de la même résine thermoplastique. Cette technologie est décrite dans le brevet français n° 2 491 044.
- On va maintenant exposer, en référence à la figure 2. les effets et avantages techniques du procédé selon l'invention et de l'élément cylindrique renforcé obtenu par ce procédé.
- Sur cette figure 2, on a représenté de façon développée sur un plan, un tube en acier 1 de diamètre égal à D et de circonférence égale à πD.
- Les enroulements successifs du profilé 2 ont été réalisés avec un angle ª égal à plus 45° pour les couches 2' par exemple de nombre impair (représentées en pointillés sur la figure 2) et égal à moins 45° pour les couches 2 de nombre pair (représentées en trait plein sur la figure).
- On supposera que les profilés 2 et 2' ont été enroulés sur le tube cylindrique 1 sous une tension telle que la contrainte résultante T dans le profilé soit égale aux 2/3 de la contrainte maximale admissible S dans ce profilé : T=2S/3.
- L'épaisseur des enroulements est calculée de façon à résister au couple Mt avec une contrainte égale à S. Lorsqu'on applique le couple Mt au tube 1, on développe dans les profilés 2 une contrainte supplémentaire égale à T/2 et une diminution de contrainte égale à T/2 dans les profilés 2'. La différence de contrainte entre les enroulements 2 et 2' est donc égale à 3T/2 - T/2 = T correspondant à un couple de valeur Mt qui s'oppose au couple appliqué et l'équilibre.
- La contrainte dans l'enroulement 2 est alors égale à 3/2 x 2S/3 = S, contrainte admissible dans le profilé.
- On constate sur la figure 2 que les composantes longitudinales et circonférentielles de T, dans chaque enroulement, sl/2 et sc/2 donnent dans les deux situations une compression longitudinale égale à sl et une compression radiale égale à sc.
- Ces contraintes dans l'élément cylindrique permettent de le dimensionner suivant les règles classiques de la résistance des matériaux. D'autre part, le fait d'obtenir la précontrainte de torsion par la succession de multiples enroulements à faible section qui s'équilibrent deux à deux, permet d'utiliser un élément cylindrique de faible résistance en torsion, donc léger.
- Si les enroulements avaient été réalisés sans tension, la contrainte engendrée sur l'un des enroulements sous l'effet d'un couple Mt aurait été égale à T, provoquant un angle de torsion double de la valeur obtenue dans le cas d'enroulements réalisés sous tension, conformément à l'invention et les enroulements de sens opposé auraient été en compression avec risque de flambage des fibres.
- Par conséquent, grâce au procédé selon l'invention, il est possible de réduire de moitié l'angle de torsion du tube 1 par rapport à ce qu'il aurait été dans le cas d'enroulements sans tension.
- L'élément cylindrique ainsi renforcé suivant l'invention se comporte donc d'une façon totalement différente d'un arbre classique en métal ou en matériaux composites puisque le couple appliqué est absorbé par un effort de traction différentielle dans les enroulements composites et des efforts de compression longitudinale et circonférentielle dans l'élément cylindrique support avec une contrainte réduite de torsion due à un angle de torsion de moitié et une valeur élevée du module de traction du composite, comparée à celle du module de torsion de l'élément cylindrique.
- Le fait de pouvoir réduire l'angle de torsion d'un arbre de transmission présente une importance dans certaines applications telles que les robots de manipulation de charges.
- D'autre part, l'invention permet pour un couple maximum donné, de réduire le diamètre et surtout le poids d'un arbre de transmission, comme le montre l'exemple numérique ci-après.
- Pour la transmission d'un couple de 400 mN, il est nécessaire d'utiliser un tube d'acier dont la résistance à la rupture est de 800 MPa ayant un diamètre extérieur de 29 mm et un diamètre intérieur de 23 mm, soit une épaisseur de 3 mm et pesant 1 923 g par mètre de longueur.
- Suivant le procédé conforme à l'invention, le même couple de 400 mN peut être transmis par un tube en acier de résistance identique, de diamètre extérieur égal à 27 mm et de diamètre intérieur égal à 25 mm, soit une épaisseur de 1 mm recouvert par un enroulement d'épaisseur égale à 1,5 mm réalisé au moyen d'un profilé en fibres de Kevlar noyées dans une résine polyamide, tube et enroulement pesant au total 830 g/m de longueur.
- Le fait de pouvoir réduire le poids et/ou le diamètre de l'arbre de transmission permet non seulement d'alléger le véhicule ou l'installation équipée d'un tel arbre de transmission et d'en augmenter ainsi les performances, mais également de réduire les difficultés posées par l'obtention d'un parfait équilibre dynamique d'un arbre de transmission de fort diamètre et tournant à grande vitesse, ce qui conduit souvent à la suppression d'un ou plusieurs paliers intermédiaires.
Claims (8)
1. Procédé pour renforcer un élément cylindrique (1) aux efforts de torsion, tel qu'un arbre de transmission, caractérisé en ce qu'on enroule hélicoïdalement et sous tension prédéterminée autour de cet élément cylindrique (1) un profilé composite (2) en formant un premier enroulement hélicoïdal (2a) tout autour de l'élément cylindrique et dans un sens (F₁) déterminé, puis on effectue un second enroulement (2b) de sens opposé (F₂) de façon que ce second enroulement se croise avec le premier enroulement de façon symétrique, puis on inverse le sens de l'enroulement pour obtenir un enroulement (2c) parallèle avec le premier enroulement (2a), après quoi on inverse à nouveau le sens de l'enroulement pour obtenir un enroulement (2d) parallèle avec le second enroulement (2b) et on poursuit l'opération jusqu'à recouvrir toute la surface de l'élément cylindrique par une double couche entrelacée constituée d'un nombre d'enroulements dans un sens (F₁) égal au nombre d'enroulements dans le sens opposé (F₂), la tension exercée sur le profilé (2) étant telle que les enroulements réalisés dans un sens (F₁) exercent sur l'élément cylindrique (1) un couple de torsion égal et de sens opposé à celui exercé par les enroulements réalisés dans l'autre sens (F₂), de façon que l'enroulement opposé au couple appliqué ne soit jamais en compression et que l'élément cylindrique soit en état de torsion nulle lorsque tous les enroulements ont été achevés, le nombre de couches étant déterminé de façon que le couple induit par la somme de ces enroulements soit au moins égal au couple maximum susceptible de s'exercer sur l'élément cylindrique sans dépasser la contrainte admissible dans le profilé composite qui travaille en tension, ni la contrainte admissible dans le corps cylindrique de base qui travaille en compression.
2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on inverse l'angle (ª) suivant lequel le profilé (2) est enroulé sur l'élément cylindrique (1) chaque fois que l'on passe d'un enroulement (2a, 2c) dans un sens (F₁) à un enroulement (2b, 2d) dans un sens opposé (F₂) de façon que les enroulements dans un sens se croisent symétriquement par rapport à une génératrice de l'élément cylindrique (1) avec les enroulements dans un sens opposé.
3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle (ª) suivant lequel le profilé (2) est enroulé autour de l'élément cylindrique est en plus égal à plus ou moins 45°par rapport à l'axe du tube.
4. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tension exercée sur le profilé lors de l'enroulement, est calculée de façon que ce profilé (2) puisse accepter la contrainte de tension supplémentaire engendrée lors de l'application du couple maximum sur l'élément cylindrique 1, sans qu'il y ait dépassement de la contrainte admissible.
5. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on fixe chaque enroulement du profilé (2) au moins aux extrémités de l'élément cylindrique (1).
6. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le profilé composite de renforcement est constitué de fibres parallèles et continues noyées dans une matrice en résine thermoplastique.
7. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4 et 6, caractérisé en ce que le profilé est fixé au corps cylindrique et à lui-même par thermosoudage effectué simultanément à l'enroulement sous tension.
8. Elément cylindrique (1) destiné à supporter un couple de torsion, réalisé selon le procédé conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est renforcé par des enroulements (2a, 2b, 2c, 2d, ...) d'un profilé (2) constitué par des fibres continues, noyées dans une résine, ces fibres s'étendant dans la direction du profilé, et la résine étant thermoplastique.
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